(57)【要約】【課題】  突き合わせ溶接時に周方向圧縮力でエッジ部に塑性座屈が発生すること防止する。【解決手段】  溶接部のスクイズロール６は、管状に成形された材料１に周方向圧縮力を与えて、材料１のエッジ部どうしを突き合わせ溶接する。本発明のスクイズロール６は、少なくとも左右両側のサイドロール２１と上側の左右一対のヘッドロール２２とを持つが、ヘッドロール２２の軸心２２ａを、サイドロール２１の軸心２１ａに対して上流側（図で右側）に偏心させる。ヘッドロール２２と材料１との接触開始点を両エッジの突き合せ位置Ａより上流側に偏心させることができ、材料エッジ部のヘッドロールへの張付き力が増大する。エッジ部に対する拘束が確保されるので、突き合わせ溶接時の周方向圧縮力でエッジ部に塑性座屈が発生することは抑制される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状の金属板をブレークダウンロール領域にて概ね円弧状に湾曲成形し、フィンパスロール領域にて両エッジが接近した略円形状に成形すると同時に外径絞り加工を施し、次いで、少なくとも左右両側のサイドロール及び上側の左右一対のヘッドロールとを持つスクイズロールとエッジ部の通電加熱を行う溶接機とを備えた溶接部にて両エッジを突き合わせ溶接する電縫管の製造装置において、
前記スクイズロールにおけるヘッドロールの軸心を、サイドロールの軸心に対して上流側に偏心させたことを特徴とする電縫管の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、外径寸法に対して板厚が薄い薄肉電縫管、いわゆる低ｔ／Ｄ電縫管の製造に適用して好適な電縫管の製造装置に関し、特に両エッジの突き合わせ溶接のための周方向圧縮力を与えるスクイズロールに関する。
【背景技術】
【０００２】
電縫管製造装置は一般に、本発明及び従来例に共通の図６に模式的に示すような構成であり、帯状の金属板１を、入口ガイドロール１３を経て、複数段のブレークダウンロール２からなるブレークダウンロール領域３において概ね半円形状に湾曲成形し、次いで、複数段のフィンパスロール４からなるフィンパスロール領域５において、両エッジが接近した略円形状に成形すると同時に外径絞り加工を施し、次いで、両エッジの突き合わせ溶接のための周方向圧縮力を与えるスクイズロール６（６’）とエッジ部の通電加熱を行う溶接機７とを備えた溶接部８において、概ね円形状の材料（成形材）の両エッジを溶接機７で通電加熱しつつスクイズロール６（６’）で材料の両エッジを互いに突き合わせ圧接して管にする。図示例では、ブレークダウンロール領域３とフィンパスロール領域５との間に、材料を側方から押さえ付ける複数段のサイドロール１０からなるクラスターロール１１を設置している。
【０００３】
前記スクイズロール６（６’）には、左右両側のサイドロールのみからなる２ロールタイプ、左右両側のサイドロールと下側の１つの下ロールとからなる３ロールタイプがあり、さらに、左右両側のサイドロールと上側の左右一対のヘッドロールとからなる４ロールタイプ、左右両側のサイドロールと上側の左右一対のヘッドロールと下側の１つの下ロールとからなる５ロールタイプがある。
図１０（イ）、（ロ）は左右両側のサイドロール２１と上側の左右一対のヘッドロール２２’と下側の１つの下ロール２３とからなる５ロールタイプの従来例を示すが、ヘッドロール２２’を持つタイプの従来のスクイズロールでは、図１０（ロ）に示すように、サイドロール２１の軸心２１ａとヘッドロール２２’の軸心２２’ａとが同一鉛直面上に、すなわち材料送り方向の同一位置にあった。ヘッドロール２２’の軸心２２’ａの材料送り方向位置を鉛直線Ｍ’で示す。図１０で符号１はスクイズロールで突き合わせ溶接される管状の材料を示し、Ａは材料の両エッジの突き合わせ点（エッジ衝合点）を示す。
【０００４】
ところで、外径Ｄに対して板厚ｔが薄い低ｔ／Ｄ電縫管の場合、溶接部のスクイズロールにおけるエッジ部の突き合わせ溶接に際して溶接不良が発生し易いことから、低ｔ／Ｄ電縫管の製造は困難であり、従来は低ｔ／Ｄが１％が限界とされていた。
【０００５】
前記溶接不良の原因として、突き合わせ溶接の際のエッジ部の突き合わせ形状不良（エッジ部の形状不良）に起因するものがあるが、これはスクイズロールに導入される迄の広義の成形過程で生じるいわば機械的原因による溶接不良である。エッジ部の形状不良には、両エッジ部の形状が非対称で段差が生じている場合と、対称的であってもエッジ部の形状自体が突き合わせ溶接に不適当な形状である場合とがあるが、そのようなエッジ部の形状不良が発生する原因として次のような原因がある。
（１）ブレークダウン成形（ブレークダウンロール領域での成形）において、図８のように、エッジ部に縁波１６が発生する場合がある。低ｔ／Ｄの場合に特にこのエッジ部の縁波が生じ易い。縁波が発生すると、溶接部における両エッジの突き合わせの際に両エッジ間に図９（イ）のように段差１７が生じ、溶接不良となる。
（２）フィンパス成形（フィンパスロール領域での成形）において、外径絞り加工（フープコンプレッション）が行われるが、その外径絞り加工の加圧力で材料のエッジ部が座屈する場合がある。この座屈も、低ｔ／Ｄの場合に特に発生し易い。
また、フィンパスロールではエッジ部も所定の曲率に曲げ加工されるが、フィンパスロールを通過後の材料のスプリングバック（曲げが戻る現象）のためにエッジ部の曲率半径が大きくなり、両エッジが本来のＩ開先でなく、図９（ロ）のようなＶ開先１８となることもある。この場合にも当然溶接不良となる。
【０００６】
前記の両エッジ間の段差に起因する溶接不良は、高周波電流の表皮効果と近接効果を利用して対向したエッジを均等に加熱するという高周波溶接の本質から、僅かな段差でも対向エッジが不均等に加熱され、板厚中央に向って上側の部位が加熱されず下側になった部位が入熱過大になり、突き合わせ部が入熱オーバーと冷接が混在した溶接となり、溶接強度が低下する現象である。また、両エッジがＶ開先となった場合は、正しく円周方向の圧縮力が発生しないので、良好な溶接が行われない。
【０００７】
前記のエッジ部の形状不良に起因する溶接不良に対して、エッジ部の突き合わせ形状に問題がないにも拘わらず、突き合わせ溶接過程で、すなわち鍛接過程で発生する鍛接起因溶接不良もある。すなわち、材料が何らの不都合もなしにスクイズロールに導入されたにも拘わらず、溶接時のスクイズロールにおけるアプセット圧力（周方向圧縮力）で材料のエッジ部に塑性座屈が生じる場合がある。この座屈も、低ｔ／Ｄの場合に特に生じ易い。
【０００８】
前記鍛接起因溶接不良は、それまで正常に溶接されていたものが、入熱を一寸上げたり、アプセット量（周方向圧縮量）を増大させる調整をした時等の場合に、突然エッジ部が座屈してしまうもので、加熱軟化した溶接部近傍が、圧接の為の周方向圧縮力に耐えられず塑性座屈してしまう現象である。一旦座屈が生じると、機械的原因による溶接不良の場合も同じであるが、元の正常な突き合わせ状態に戻ることは無く、一度ロールを解放して座屈部分を除去してから再度ロールを圧下する必要がある。
【０００９】
前記鍛接起因溶接不良を防止するための対策としては、従来、主としてＶシーム角を大きくする対策が取られている。Ｖシーム角とは、突き合わせ溶接部を上から見た時の、エッジ衝合点（両エッジの突き合わせ点）に向かって両エッジがなす角度（図２の角度θ）を指す。
例えば、特開平５−４２３７６号（特許文献１）のように、サイドロールの回転軸を管の進行方向に傾斜させると共に、スクイズロール孔形を、管の進行方向の投影孔形が、楕円の短径を直径とする真円の内側に入り込まない範囲で、できるだけ真円に近い長短径比を有する縦楕円形状とする、という方法が提案されている。
また、特願平５−２７７７５７号（特許文献２）のように、管内部にインナーロールを設けて、両エッジ部を持ち上げつつヘッドロールに噛み込まれるようにすることも提案されている。
また、特開昭６２−１５６０８２号（特許文献３）のように、スクイズロールの上流側に、材料の断面方向に機械的押し付け力を加えてＶシーム角を広げる専用のＶシーム角調整装置を設置するものもある。
また、特許第２７８８９１１号（特許文献４）のように、フィンパス成形で材料を縦長楕円形状に成形して材料の両エッジ近傍の曲率半径を小さくすることで、溶接部のスクイズロールにおいて材料のエッジが突き合わされる際の周方向圧縮力に対する剛性を高くし、これにより、周方向圧縮力でエッジ部が座屈することを防止するという方法もある。
【特許文献１】特開平５−４２３７６号の要約、段落番号０００４〜０００８等。
【特許文献２】特開平５−２７７７５７号
【特許文献３】特開昭６２−１５６０８２号
【特許文献４】特許第２７８８９１１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記の特許文献１の方法は、サイドロールの軸心の傾斜角度を適切に設定すること、及び、適切なスクイズロール孔形の設計が必ずしも容易でないと思われる。また、特許文献２や特許文献３の方法は、機構が複雑なものとなる。また、特許文献４のようにフィンパス成形で縦長楕円形に成形する方法を採用するにしても、高い座屈防止効果をさらに高くすることが望まれる。
本発明は上記背景のもとになされたもので、主として、エッジ部の突き合わせ形状不良がないにも拘わらず突き合わせ溶接時に発生する鍛接起因溶接不良を、簡単な構成でもって有効に防止できる電縫管の製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決する本発明は、帯状の金属板をブレークダウンロール領域にて概ね円弧状に湾曲成形し、フィンパスロール領域にて両エッジが接近した略円形状に成形すると同時に外径絞り加工を施し、次いで、少なくとも左右両側のサイドロール及び上側の左右一対のヘッドロールとを持つスクイズロールとエッジ部の通電加熱を行う溶接機とを備えた溶接部にて両エッジを突き合わせ溶接する電縫管の製造装置において、
前記スクイズロールにおけるヘッドロールの軸心を、サイドロールの軸心に対して上流側に偏心させたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
スクイズロールでの突き合わせ溶接に際して、従来例を示している図３（ロ）のように両エッジの突き合せ位置Ａがヘッドロール２２’と材料１との接触開始点Ｂ’より上流側（同図で右側）にあると、エッジ部に対する拘束が及ばない空中での突き合せとなり、スクイズロールの主たる部分であるサイドロールによる周方向圧縮力が作用した時に、サイドロールの材料送り方向センタ（側方から見てサイドロール軸心２１ａの位置）より上流側でエッジ部に塑性座屈が発生し易い。
しかし、本発明では、図３（イ）のようにヘッドロール２２の軸心（その材料送り方向位置をＭで示す）をサイドロールの軸心２１ａより上流側に位置させたことで、ヘッドロール２２と材料１との接触開始点Ｂを両エッジの突き合せ位置Ａより上流側に位置させることが可能となり、したがって、材料エッジ部のヘッドロールへの張付き力を増大させることができる。このためエッジ部に対する拘束が確保され、スクイズロールの主たる部分であるサイドロールによる周方向圧縮力が作用した時に、サイドロールの材料送り方向センタ位置（側方から見てサイドロール軸心２１ａの位置）より上流側でエッジ部に塑性座屈が発生することは、抑制される。
また、サイドロールより上流側に位置するヘッドロール２２は、ヘッドロール２２に接触するまでに生じていた突き合わせ形状不良を矯正する作用も果たす。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の電縫管の製造装置の実施例を、図１〜図９参照して説明する。
【実施例１】
【００１４】
本発明の実施例の電縫管の製造装置の全体構成は、先に説明した本発明及び従来例に共通の図６に模式的に示した通りであり、帯状の金属板１を、複数段のブレークダウンロール２からなるブレークダウンロール領域３において概ね半円形状に湾曲成形し、次いで、複数段のフィンパスロール４からなるフィンパスロール領域５において、両エッジが接近した略円形状に成形すると同時に外径絞り加工を施し、次いで、両エッジの突き合わせ溶接のための周方向圧縮力を与えるスクイズロール６とエッジ部の通電加熱を行う溶接機７とを備えた溶接部８において、円形状の材料１の両エッジを溶接機７で通電加熱しつつスクイズロール６で材料１の両エッジを互いに突き合わせ圧接して管にする。そして、続く複数段のサイジングロール９で最終的な製品形状に定形化する。図示例では、ブレークダウンロール領域３とフィンパスロール領域５との間に、材料を側方から押さえ付ける複数段のサイドロール１０からなるクラスターロール１１を設置している。なお、各ロール２、４、１０を支持するフレームも含めたものをロールスタンド（あるいは単にスタンド）と称する。
同図において、１２はアンコイラ、１３は入口ガイドロールである。なお、通常、アンコイラ１２と入口ガイドロール１３との間に、ピンチロール、レベラー、材料剪断機及び中継ぎ溶接機、ルーパなどが設置されるが、それらは省略（なお１４はルーパの入口部分を示す）している。溶接機７は高周波誘導溶接機や高周波抵抗溶接機等が一般に使用される。
【００１５】
図６における各ロールの孔形の一例を図７に示す。図示例では平板状の金属板１が、少なくとも材料１の下面を拘束する入口ガイドロール１３を経て、３段のブレークダウンロール２（ＢＤＲ＃１、ＢＤＲ＃２、ＢＤＲ＃３）で概ね円弧状に粗成形され、２段のサイドロール１０で材料を両側から押し付けながらフィンパスロール４に導かれ、２段のフィンパスロール４（ＦＰＲ＃１、ＦＰＲ＃２）により、両エッジが接近した略円形状（図示例では縦長楕円形状）に仕上げ成形される。フィンパスロール４は、上ロール４ａの中央に、材料のエッジが突き当たるフィンロール４ｆを持つ。
【００１６】
図１は本発明の電縫管の製造装置における溶接部のスクイズロール６を示すもので、（イ）は正面図、（ロ）は（イ）の模式的な側面図、図２は図１（イ）の平面図である。本発明におけるスクイズロール６は、図示の通り、少なくとも左右両側のサイドロール２１及び上側の左右一対のヘッドロール２２とを持つが、図示例ではさらに下側の１つの下ロール２３を持つ５ロールタイプである。
図示のように、本発明ではサイドロール２１の軸心２１ａに対してヘッドロール２２の軸心２２ａを上流側に偏心させる。ヘッドロール２２の軸心２２ａの材料送り方向位置を鉛直線Ｍで示す。その場合、ヘッドロール２２はサイドロール２１とともに突き合わせ溶接に必要とされる周方向圧縮力を材料に与える機能を持つので、ヘッドロール軸心２２ａのサイドロール軸心２１ａに対する偏心量Ｌは、必要とされる周方向圧縮力を確保できる範囲内にとどめる。適切な偏心量Ｌは、管径、板厚、サイドロール２１の径、ヘッドロール２２の径等の種々の条件によって異なるので、実験的に定めるとよい。
【００１７】
スクイズロールでの突き合わせ溶接に際して、従来例を示している図３（ロ）のように両エッジの突き合せ位置Ａがヘッドロール２２’と材料１との接触開始点Ｂ’より上流側（同図で右側）にあると、エッジ部に対する拘束が及ばない空中での突き合せとなり、スクイズロール６’の主たる部分であるサイドロール２１による周方向圧縮力が作用した時に、サイドロールの材料送り方向センタ（側方から見てサイドロール軸心２１ａの位置）より上流側でエッジ部に塑性座屈が発生し易い。矢印ａは材料進行方向を示す。
しかし、本発明では、図３（イ）のようにヘッドロール２２の軸心２２ａをサイドロール２１の軸心２１ａより上流側に位置させたことで、ヘッドロール２２と材料１との接触開始点Ｂを両エッジの突き合せ位置Ａより上流側に位置させることが可能となり、したがって、エッジ部のヘッドロール２２への張付き力を増大させることができる。このためエッジ部に対する拘束が確保され、スクイズロール６の主たる部分であるサイドロール２１による周方向圧縮力が作用した時に、サイドロール２１の材料送り方向センタ位置（側方から見てサイドロール軸心２１ａの位置）より上流側でエッジ部に塑性座屈が発生することは、抑制される。
また、サイドロール２１より上流側に位置するヘッドロール２２は、ヘッドロール２２に接触するまでに生じていた突き合わせ形状不良を矯正する作用も果たす。
なお、図１（ロ）は、単に、ヘッドロール２２の軸心を上流側に偏心させたことを表したものであって、ヘッドロール２２の軸心位置Ｍと材料の突き合わせ位置Ａと接触開始点（Ｂ）との関係については正確でなく模式的な図であり、正確には図３（イ）のような位置関係となる。
【実施例２】
【００１８】
上記実施例におけるスクイズロール６は、下ロール２３も備えた５ロールタイプであるが、図４に示すように、下ロールがなく、左右両側のサイドロール２１と上側の左右一対のヘッドロール２２とからなる４ロールタイプのスクイズロール６Ａであってもよい。
【実施例３】
【００１９】
また、図７に示したロール孔形のように、フィンパスロール４で材料を縦長楕円形に成形する場合は、スクイズロールの孔形を、図５に示したスクイズロール６Ｂのように縦長楕円形状にする。材料を縦長楕円形に成形することにより、材料の両エッジ近傍の曲率半径が小さくなり、このため、溶接部のスクイズロール６Ｂにおいて材料のエッジが突き合わされる際の周方向圧縮力に対する剛性が高くなる。したがって、ヘッドロールを上流側に偏心させたことによる効果と相まって、周方向圧縮力でエッジ部が座屈することを防止する効果がさらに高くなる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施例の電縫管の製造装置におけるスクイズロールを示すもので、（イ）は正面図、（ロ）は（イ）の模式的な側面図である。
【図２】図１（イ）の平面図である。
【図３】スクイズロールにおける材料の突き合わせ状況を説明するもので、（イ）は本発明の図２に対応するもの、（ロ）は従来例の図１０に対応するもの、（ハ）は両者の比較のために（イ）と（ロ）の両者を合わせて描いた図である。
【図４】本発明におけるスクイズロールの他のタイプを示すもので、図１（イ）に対応する図である。
【図５】本発明におけるスクイズロールの孔形についての他の実施例を示すもので、図１（イ）に対応する図である。
【図６】本発明を適用する電縫管の製造装置の全体構成を説明するためのもので主要部構成図である。
【図７】図６におけるフィンパスロールまでの各段のロール孔形の一例を示した図である。
【図８】管成形に際して材料に縁波が発生するメカニズムを説明する図である。
【図９】溶接部での材料の突き合わせ形状不良の態様を説明するもので、（イ）は突き合わせ段差の場合、（ロ）はエッジ部成形不足の場合の図である。
【図１０】従来の電縫管の製造装置におけるスクイズロールを示すもので、（イ）は正面図、（ロ）は（イ）の模式的な側面図である。
【符号の説明】
【００２１】
１  材料（金属板ないし成形材）
６、６Ａ、６Ｂ  スクイズロール
２１  サイドロール
２１ａ  サイドロールの軸心
２２  ヘッドロール
２２ａ  ヘッドロールの軸心
２３  下ロール
Ｌ  ヘッドロール軸心のサイドロール軸心に対する偏心量
Ｍ  ヘッドロール軸心の材料送り方向の位置
Ａ  エッジ衝合点（両エッジの突き合わせ点）
Ｂ  ヘッドロールと材料との接触開始点
θ  Ｖシーム角
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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